浮肩损伤内固定方式选择的生物力学研究

【摘要】：一、研究背景与目的 浮肩损伤(floating shoulder injury, FSI)是指同侧的锁骨和肩胛颈同时骨折而造成肩关节上悬吊复合体双重结构破坏,从而导致肩关节无力,骨折不稳定,关节漂浮,是一种严重的不稳定损伤。肩关节上悬吊复合体(superior shoulder suspensory complex, SSSC)是由骨与软组织环组成(包括关节盂、喙突、喙锁韧带、锁骨远端、肩锁关节和肩峰)。肩关节上悬吊复合体双重损伤进一步扩大了浮肩损伤的范围,肩锁关节脱位或锁骨远端骨折合并同侧肩胛颈骨折均属于广义浮肩损伤。 锁骨骨折及肩锁关节脱位都是临床常见的损伤类型,其治疗方法目前已基本取得共识。肩胛颈骨折后通常形成两个主要的骨折块,关节盂骨折块和肩胛骨体部骨折块。关节盂骨折又包括解剖颈骨折和外科颈骨折两种。关节盂解剖颈骨折块由于失去了肩胛骨体部骨性结构的直接支持,同时缺少周围韧带和肌肉等软组织的间接支持,肩关节完全失稳,必须手术治疗。关节盂外科颈骨折块通过喙锁韧带直接连接到锁骨,通过喙肩韧带与肩峰相连,再以肩锁关节囊韧带间接与锁骨远端相连,如果这些韧带发生断裂则关节盂骨折块无法与锁骨连接,失去与人体中轴骨连接,出现肩关节失稳,必须采取手术治疗。国外Willams等曾对人类尸体进行生物力学研究,确定锁骨干、喙肩韧带、喙锁韧带及肩锁关节囊韧带对于实验性肩胛颈骨折模型稳定性的影响,并且认为：对于同侧肩胛颈及锁骨干骨折,在没有合并连接到关节盂的喙肩韧带及肩锁关节囊韧带撕裂时,不会出现肩胛颈远端骨折块的浮动,那么对于没有韧带损伤的外科颈骨折是否还需要采取手术内固定呢?目前,对于此类浮肩损伤的治疗方法还存在很多争论,焦点在于是否需要采用内固定,以及是采用单钢板还是双钢板固定。 对锁骨骨折(或肩锁关节脱位)同时合并肩胛外科颈骨折的浮肩损伤,治疗上尽管存在争议,但目前多主张早期手术治疗。锁骨骨折基本均采用重建钢板固定,肩锁关节脱位采用锁骨钩钢板固定,而肩胛外科颈骨折内固定方式的选择,分别有单、双钢板固定的临床随访文献报道,但是缺乏不同内固定方式对肩胛颈骨折稳定性影响的生物力学数据。本实验在防腐尸体上,对浮肩损伤临床治疗中的不同内固定术式进行生物力学评价,为临床选择内固定方式提供生物力学依据。 二、方法 1、材料准备 取14例包含锁骨及肩胛骨的上肢防腐尸体标本(左右各7例),性别不限,年龄35-56岁,平均48岁,去除皮肤、皮下组织和肩关节周围附着的所有肌肉,分离盂肱关节,保留锁骨、肩胛骨以及喙锁韧带、喙肩韧带和肩锁关节囊韧带,人工制造肩胛上悬吊复合体模型。所有标本均摄X线片,排除风湿、结核、肿瘤等病变及解剖变异且标本大小、重量相近,所有标本全部达到要求。标本喷洒生理盐水后用双层塑料袋密封包裹,-20℃冷冻保存备用。 实验前6h室温下解冻,将解剖好的标本按正常人体解剖位置关系固定包埋,用聚乙烯管将锁骨近端与肩胛骨内侧缘支撑固定,以聚甲基丙烯酸甲酯(自凝型,上海齿科材料厂生产)将二者一同包埋作为底座。再于肩胛盂唇中央及周围固定5枚螺钉,同样用聚甲基丙烯酸甲酯(自凝型,上海齿科材料厂生产)将螺钉及盂唇同时包埋。测试时,实验标本必须与夹具紧密接触,以免试验过程中发生松动。 2、实验设计 取7例包含锁骨及肩胛骨的左侧上肢防腐尸体标本,将锁骨及肩胛颈未发生骨折的状态记为正常标本组(A组),作为自身对照。然后以骨锯人为制造锁骨中段及肩胛外科颈骨折,即得到浮肩损伤模型。对损伤模型分别行三种不同内固定方式：单纯锁骨内固定(B组),锁骨加肩胛颈单钢板固定(C组),锁骨加肩胛颈双钢板固定(D组)。观察4个实验组在6个不同方向上ROM的变化并进行生物力学评价。 取7例包含锁骨及肩胛骨的右侧上肢防腐尸体标本,将肩锁关节及肩胛颈未损伤的状态记为正常状态(A组),作为自身对照。用手术刀破坏肩锁韧带关节囊、骨锯离断肩胛外科颈,制作浮肩损伤模型,记为损伤状态(B组)。对损伤模型进行固定(肩锁关节采用锁骨钩钢板、肩胛颈采用重建钢板双固定),记为固定状态(C组)。观察3个实验组在6个不同方向上运动范围(ROM)及中性区(ZN)的变化并进行生物力学评价。 3、固定方式 锁骨中段骨折采用6孔重建钢板以断端为中心,两侧各3枚螺钉固定,然后进行稳定性测试。肩胛颈骨折依次行单钢板固定(预弯的5孔重建钢板纵行于肩胛颈-肩胛骨外侧缘,按颈：体=1：4固定)、双钢板固定(预弯的4孔横行于肩胛颈-肩胛冈基底部,按颈：体=1：3固定；预弯的5孔重建钢板纵行于肩胛颈-肩胛骨外侧缘,按颈：体=1：4固定),然后进行三维六自由度的稳定性测试。 肩锁关节脱位采用5孔锁骨钩钢板固定,以2块预弯重建钢板固定肩胛颈骨折(其中4孔重建钢板按1：3固定肩胛颈-肩胛冈基底部,5孔重建钢板按1：4固定肩胛颈-肩胛骨外侧缘)。然后进行三维六自由度的稳定性测试。 4、测试方法 采用脊柱三维运动分析系统(南方医科大学医学生物力学重点实验室自行研制),参考朱青安等的操作方法,同时结合反复具体的实际操作,确定在双侧同时加载3Nm负荷下,测试不同状态下三维六自由度(前屈/后伸、左/右侧弯、左/右轴向旋转)的位移变化。 4.1肩胛骨冠状位上下移位的测量 在分析仪的左上及右下牵引弓各加载3Nm载荷,此时标本处于冠状位上移(后伸)最大位移,用3D扫描仪扫描图像并保存,然后同时去除双侧载荷,使分析仪中轴线与标本中轴线重合后,用3D扫描仪扫描归位后的中立位图像并保存,接着在分析仪的右上及左下牵引弓各加载3Nm载荷,此时标本处于冠状位下移(前屈)最大位移,用3D扫描仪扫描图像并保存,然后同时去除双侧载荷,使分析仪中轴线与标本中轴线重合后,用3D扫描仪扫描归位后的中立位图像并保存。 4.2肩胛骨冠状位前后移位的测量 在分析仪的左上及右下牵引弓各加载3Nm载荷,此时标本处于冠状位前移(左弯)最大位移,用3D扫描仪扫描图像并保存,然后同时去除双侧载荷,使分析仪中轴线与标本中轴线重合后,用3D扫描仪扫描归位后的中立位图像并保存,接着在分析仪的右上及左下牵引弓各加载3Nm载荷,此时标本处于冠状位后移(右弯)最大位移,用3D扫描仪扫描图像并保存,然后同时去除双侧载荷,使分析仪中轴线与标本中轴线重合后,用3D扫描仪扫描归位后的中立位图像并保存。 4.3肩胛骨冠状位旋转移位的测量 在分析仪的左前及右后牵引弓各加载3Nm载荷,此时标本处于冠状位旋后(左旋)最大位移,用3D扫描仪扫描图像并保存,然后同时去除双侧载荷,使分析仪中轴线与标本中轴线重合后,用3D扫描仪扫描归位后的中立位图像并保存,接着在分析仪的右上及左下牵引弓各加载3Nm载荷,此时标本处于冠状位旋前(右旋)最大位移,用3D扫描仪扫描图像并保存,然后同时去除双侧载荷,使分析仪中轴线与标本中轴线重合后,用3D扫描仪扫描归位后的中立位图像并保存。 将扫描的3D图像载入Geomagic Studio 8.0逆向工程软件进行图像分析,分析数值标准误取α0.05,将处理后的数值进行汇总整理保存,然后进行统计学分析。 5、统计分析 将所得数据运用SPSS13.0统计软件进行统计分析。计量数据处理以均数±标准差(x±s)表示,统计学方法为重复测量资料的方差分析。首先,对数据进行两因素重复测量资料的方差分析,进行Mauchly球形检验,若P0.05则不拒绝球形假设,若P0.05则采用Greenhouse-Geisser校正系数校正结果。计算出主效应及交互效应的F值及P值。然后,再对不同分组及不同状态的数据分别进行单因素重复测量方差分析,同样进行Mauchly球形检验,若P0.05则不拒绝球形假设,若P0.05,采用Greenhouse-Geisser校正结果,计算出单独效应的F值及P值。所有数据均设定显著性水平α=0.05。 6、注意事项 首先,维持锁骨与肩胛骨正常的长度、角度及空间位置关系；其次,规范化操作,尽可能减少过失误差；然后,尽量将钢板所有钉孔打满,并且选择长度适中螺钉固定钢板,以增加其稳定性,以降低非实验因素影响；最后,标本包埋要充分,避免留有空腔及空隙。 三、结论 治疗浮肩损伤的最佳内固定方式为同时固定锁骨(或肩锁关节脱位)及肩胛颈骨折,并且肩胛颈骨折需采用双钢板坚强内固定,这样可以避免肩胛骨畸形愈合而造成肩关节不稳定,取获得满意的临床疗效。